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前言
    天然氣管網(wǎng)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)是一項(xiàng)綜合性系統(tǒng)工程，通過(guò)下位機(jī)采集現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力、瞬時(shí)流量，然后對(duì)流量進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的數(shù)據(jù)和結(jié)果，通過(guò)生產(chǎn)控制網(wǎng)送到上位機(jī)，上位機(jī)接收后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)，并可根據(jù)管理需要將這些數(shù)據(jù)繪制成曲線，通過(guò)分析比較做出相應(yīng)的提示，同時(shí)還可根據(jù)各用戶各項(xiàng)參數(shù)的特殊要求進(jìn)行超限報(bào)警及各類表格的打印，并且可實(shí)現(xiàn)辦公網(wǎng)數(shù)據(jù)共享。該系統(tǒng)具有安裝方便，操作簡(jiǎn)單，使用起來(lái)靈活可靠，下游用戶數(shù)量可任意擴(kuò)展，天然氣管網(wǎng)運(yùn)行信息能及時(shí)反饋的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)天然氣管網(wǎng)集中調(diào)度，天然氣管網(wǎng)運(yùn)行分析，提高天然氣管網(wǎng)的管理水平。
一、概述
    長(zhǎng)寧長(zhǎng)輸天然氣管道管線長(zhǎng)273.13公里，設(shè)有三場(chǎng)站、10個(gè)緊急自動(dòng)切斷閥室，跨越陜甘寧三省，是寧夏回族自治區(qū)的重點(diǎn)工程之一。自1999年通氣運(yùn)營(yíng)以來(lái)，截至去年底，擁有11個(gè)用戶，共計(jì)完成輸氣13.5億標(biāo)準(zhǔn)立方米，相當(dāng)于為寧夏輸入135萬(wàn)噸石油。自治區(qū)充分利用這一資源優(yōu)勢(shì)，建設(shè)了一批能夠?qū)ψ灾螀^(qū)經(jīng)濟(jì)起提升和帶動(dòng)作用的工業(yè)項(xiàng)目。
    長(zhǎng)寧長(zhǎng)輸天然氣管道全線采用SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）系統(tǒng)管理。采用三級(jí)監(jiān)控：指揮調(diào)度中心、站級(jí)監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)監(jiān)控，各級(jí)之間采用多種通訊方式，這樣可以實(shí)現(xiàn)集中管理、分散控制的目的，保證監(jiān)控的實(shí)時(shí)性，同時(shí)還可以避免一個(gè)站點(diǎn)出問(wèn)題影響到其它站點(diǎn)，有效合理的分散系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)整體穩(wěn)定性。全線監(jiān)控系統(tǒng)要求：
    具備實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸通訊功能，生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街笓]調(diào)度中心；
    完善的安全監(jiān)視及安全防范措施。生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)錄入實(shí)時(shí)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)；
    系統(tǒng)具有開放性，與上一級(jí)應(yīng)用的聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)逢連接，為生產(chǎn)決策提供依據(jù)；
    系統(tǒng)具有完善的冗余措施；
    支持多通訊協(xié)議；
    友好易用的中文人機(jī)界面；
    采用模塊化結(jié)構(gòu)，靈活的工業(yè)組態(tài)，便于維護(hù)、擴(kuò)充和升級(jí)；
    高性能價(jià)格比。
二、長(zhǎng)輸天然氣智能監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
1、網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    基于長(zhǎng)輸天然氣智能監(jiān)控系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)了一種高可靠性的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。為確保監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和可靠性，本系統(tǒng)所有硬件均采用工業(yè)級(jí)產(chǎn)品和符合燃?xì)庑袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。本監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖一。
該網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)硬件設(shè)備主要由4臺(tái)CISCO路由器和5臺(tái)交換機(jī)、兩臺(tái)HP企業(yè)級(jí)服務(wù)器、8臺(tái)HP工業(yè)計(jì)算機(jī)和可編成邏輯控制器（PLC）等組成。
    控制器選用A-B公司的PLC5/30可編程控制器。為了提高系統(tǒng)的可靠性，控制單元采用冗余配置，每個(gè)控制單元由1塊控制卡PLC5/30、2塊模擬量輸入模板、1塊以太網(wǎng)通訊模板、2塊電源卡1771-PWR組成。共有2層輸入、輸出卡。每層I/O由1塊和控制單元通訊的遠(yuǎn)程I/O適配卡1771-ASB (REMOTE I/O ADAPTER MODULE)、2塊電源卡1771-PWR、6塊16通道開關(guān)量輸入卡IBD和4塊16通道開關(guān)輸出卡OBD組成。控制器通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)DH+和I/O通訊。上位PC機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)通訊模板與PLC5/30進(jìn)行通訊，并可用來(lái)修改用戶邏輯、系統(tǒng)設(shè)置、故障查詢、狀態(tài)監(jiān)視和I/O的強(qiáng)制。
2、現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集和監(jiān)視
    長(zhǎng)輸天然氣管道監(jiān)視控制系統(tǒng)主要采集和監(jiān)視工藝現(xiàn)場(chǎng)的壓力、差壓、溫度、流量、閥門和可燃?xì)怏w監(jiān)視探頭等。燃?xì)庑袠I(yè)對(duì)防爆要求較高，每一信號(hào)回路都必須裝防爆安全柵。
1）壓力、差壓信號(hào)為4～20mA模擬量信號(hào)，直接通過(guò)4～20mA安全隔離柵進(jìn)入PLC的4～20mA模擬量輸入模塊。
2）PT-100熱電阻信號(hào)選用專用溫度信號(hào)輸入的RTD輸入模塊。
3）流量信號(hào)：本系統(tǒng)工藝區(qū)流量計(jì)有孔板和渦輪兩種，孔板流量計(jì)的信號(hào)采集是通過(guò)采集孔板絕壓、溫度和上下游的差壓信號(hào)，傳輸?shù)絇LC框架中的AGA2000流量計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算所得；渦輪流量計(jì)是通過(guò)PLC框架中的脈沖（ CMF）模板實(shí)時(shí)采集渦輪流量計(jì)的高頻脈沖信號(hào)，然后有PLC編成計(jì)算而得。
4）閥位開關(guān)量信號(hào)經(jīng)24VDC開關(guān)隔離柵接入24VDC開關(guān)量輸入模塊。
5）可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警，信號(hào)先接入美國(guó)塞克塞斯可燃?xì)怏w檢測(cè)控制器，再由控制器送出24VDC報(bào)警信號(hào)到PLC的開關(guān)量輸入模塊。
3、監(jiān)視控制系統(tǒng)通訊
    通訊實(shí)現(xiàn)天然氣長(zhǎng)輸管道智能監(jiān)控的神經(jīng)中樞，為了確保通訊系統(tǒng)的可靠性，本系統(tǒng)通訊工程從設(shè)備選型和設(shè)計(jì)方案都特別重視。
1）廣域網(wǎng)
    本系統(tǒng)控制中心選用一臺(tái)CISCO3600路由器、2臺(tái)CISCO 3524交換機(jī)；場(chǎng)站選用一臺(tái)CISCO2610路由器、1臺(tái)CISCO 2924交換機(jī)。通訊線路采用了租用中國(guó)電信專用光纖DDN信道，把控制中心、三場(chǎng)站和11個(gè)最終用戶的局域網(wǎng)連接組成生產(chǎn)監(jiān)視控制廣域網(wǎng)，其中三個(gè)場(chǎng)站使用公司內(nèi)部專網(wǎng)（如圖一），11個(gè)用戶主要采用撥號(hào)、直連的模式。從而保證了全線生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控。
2）PLC和 SCADA
    為了確保PLC和 SCADA之間的通訊的可靠性和易使用維護(hù)，我們摒棄了常用的DH+和1785通訊卡通訊的模式，而采用了大家都熟悉以太網(wǎng)的模式，使得所有的PLC 的管理都能可以向讀本地PLC地址單元一樣操作。
三、系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和軟件編制
    系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)應(yīng)用4個(gè)層次。其中數(shù)據(jù)源是實(shí)時(shí)來(lái)自PLC采集的生產(chǎn)工藝區(qū)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)管理指生產(chǎn)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)保存、備份、交換和共享；數(shù)據(jù)集成指各種數(shù)據(jù)基于Web的集成；數(shù)據(jù)應(yīng)用指用戶在本地和遠(yuǎn)程對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的訪問(wèn)和利用。具體結(jié)構(gòu)如圖二。
    本系統(tǒng)服務(wù)器端以WINNT4.0 Server為操作系統(tǒng)，安裝微軟SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)、工控軟件CITECT5.2和OFFICE2000等；其它終端為WINNT4.0 Workstation。本系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件選用了澳大利亞知名工控軟件CITECT5.2和美國(guó)AB公司的PLC組態(tài)軟件RLOGIX。
1、CITECT是世界領(lǐng)先的工業(yè)自動(dòng)化軟件之一，以它的可靠性和靈活性著名。Citect 作為 Microsoft 的合作伙伴已經(jīng)超過(guò)十年。 主要特點(diǎn)：
1）快速系統(tǒng)開發(fā)：直接從 PLC 程序級(jí)輸入標(biāo)簽定義，可以有效地縮短開發(fā)時(shí)間。這一功能節(jié)約大量組態(tài)時(shí)間，同時(shí)消除記錄錯(cuò)誤，
到快速、便捷和準(zhǔn)確。 Citect 可以自動(dòng)更新標(biāo)簽，確保與控制器同步進(jìn)行，并保護(hù)數(shù)據(jù)的完整性。
2）全面網(wǎng)絡(luò)支持：不管是模擬Modem撥號(hào)上網(wǎng)，還是寬帶接入， Citect 都能應(yīng)用自如。 Citect 支持當(dāng)前幾乎所有的上網(wǎng)連接方式，PSTN、ISDN、ADSL、FTTB、DDN，甚至是 Cable Modem ， Citect 通過(guò)透明化網(wǎng)絡(luò)之間物理連接，使得站與站之間的過(guò)程數(shù)據(jù)交換暢通無(wú)阻。
3）靈活修改系統(tǒng)：利用第三方應(yīng)用程序增加系統(tǒng)功能；靈活的 ActiveX 擴(kuò)展功能利用加入 ActiveX 容器技術(shù)， Citect 的用戶可以通過(guò)將一些諸如文件，錄影和分析應(yīng)用模塊的“對(duì)象”直接嵌入 Citect 的方式擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的操作界面主要有：
    ●現(xiàn)場(chǎng)工藝界面，顯示門站的管道設(shè)備工藝，并實(shí)時(shí)顯示重要工藝參數(shù)；
    ●實(shí)時(shí)參數(shù)界面，兼顧操作人員的操作習(xí)慣，將所有工藝參數(shù)以傳統(tǒng)表格的形式顯示出來(lái)；
    ●趨勢(shì)圖，分實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖和歷史趨勢(shì)圖，實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖反映某一參數(shù)或某組參數(shù)當(dāng)前變化的趨勢(shì)，歷史趨勢(shì)圖則反映過(guò)去每一時(shí)間或時(shí)間段的參數(shù)變化趨勢(shì)；
    ●供電狀況圖，以供電電路圖的方式，通過(guò)對(duì)各單元回路的供電信號(hào)檢測(cè)，確定某一控制單元或設(shè)備的正常供電、發(fā)電機(jī)供電、工作或停用等狀態(tài)，實(shí)時(shí)顯示各控制單元的供電狀態(tài)；
    ●報(bào)警窗口，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生報(bào)警時(shí)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的報(bào)警級(jí)別高低和優(yōu)先級(jí)，將報(bào)警信息以中文的形式顯示在報(bào)警窗口。對(duì)于重要參數(shù)的報(bào)警，還以語(yǔ)音的方式同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。所有報(bào)警信號(hào)必須經(jīng)操作人員手動(dòng)確認(rèn)后，才會(huì)從報(bào)警列表中除去，否則，曾經(jīng)發(fā)生報(bào)警的信息將一直保持在報(bào)警列表中；
    ●查詢/報(bào)表窗口，查詢功能以間隔10分鐘，對(duì)2年內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)查詢顯示，報(bào)表功能將在下面進(jìn)行介紹。
2、PLC控制程序
    本系統(tǒng)在PLC控制程序應(yīng)用RLOGIX在WINDOWS環(huán)境下方便的對(duì)PLC進(jìn)行編成。主要由常規(guī)參數(shù)采集、AGA2000流量計(jì)模板模塊、閥門自動(dòng)控制模塊、電源模板采集模塊和色譜分析儀表數(shù)據(jù)采集等模塊組成。
3、中文報(bào)表開發(fā)
    中文報(bào)表是本系統(tǒng)的一大特色，開發(fā)中使用了常規(guī)的二維的報(bào)表式樣，使用SQL語(yǔ)言，結(jié)合Microsoft Excel 2000強(qiáng)大的電子表格功能和CITECT 軟件開放的ODBC數(shù)據(jù)接口，簡(jiǎn)單方便的開發(fā)了符合國(guó)人習(xí)慣的中文報(bào)表模塊，嵌入到CITECT系統(tǒng)中。實(shí)時(shí)計(jì)算天然氣的瞬時(shí)標(biāo)方流量、總累計(jì)量。每天7：00整，計(jì)算出上日輸氣量，并按每1小時(shí)統(tǒng)計(jì)一次生成上一天生產(chǎn)日?qǐng)?bào)表。每月一日，計(jì)算出上月輸氣總量，日均輸氣量，最大壓力、最小壓力、平均壓力、最高溫度，最低溫度、平均溫度等數(shù)據(jù)，生成生產(chǎn)月報(bào)表。所有報(bào)表都可以通過(guò)打印機(jī)打印出來(lái)，完全可以取代手工記錄的報(bào)表。
四、 結(jié)束語(yǔ)
    此系統(tǒng)通過(guò)幾年的運(yùn)行，由小到大不斷擴(kuò)大，功能不斷完善，運(yùn)行狀況良好。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用較先進(jìn)的技術(shù)及設(shè)備，在通訊上使用專線，實(shí)現(xiàn)了通訊的良好的效果，不論是在降低投資還是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行，及以后進(jìn)一步擴(kuò)展中都起到重要作用。另外本系統(tǒng)維修量較低，長(zhǎng)期運(yùn)行相當(dāng)可靠，系統(tǒng)管理功能上選用最新的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，操作簡(jiǎn)便，畫面清晰，除顯示實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)外，還有分析提示功能、技術(shù)資料查詢登記功能，確保歷史數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存及資料的隨時(shí)查詢，并且能夠打印各種圖表及通過(guò)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，更大的發(fā)揮了資源利用率。該系統(tǒng)為寧夏回族自治區(qū)的發(fā)展取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。